黄土高原典型草本植物根系对土壤胶体表面电化学性质的影响

doi:10.11686/cyxb2025237

草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (7): 80-91.DOI: 10.11686/cyxb2025237

黄土高原典型草本植物根系对土壤胶体表面电化学性质的影响

刘均阳¹(), 周正朝²(), 苏雪萌³

^1.延安大学生命科学学院，陕西延安 716000
^2.陕西师范大学地理科学与旅游学院，陕西西安 710119
^3.陕西理工大学人文学院，陕西汉中 723001

收稿日期:2025-06-16 修回日期:2025-09-18 出版日期:2026-07-20 发布日期:2026-05-21
通讯作者: 周正朝
作者简介:Corresponding author. E-mail： zczhou@snnu.edu.cn
刘均阳（1987-），女，辽宁营口人，讲师，博士。E-mail： jyliu@yau.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(42407478);国家自然科学基金项目(42277320);陕西省杰青项目(2023-JC-JQ-27);陕西省自然科学基础研究计划项目(2024JC-YBQN-0314);延安大学博士启动项目(YAU202313804)

Effects of typical herbaceous plant roots on electrochemical properties of the soil colloid surface on the Loess Plateau

Jun-yang LIU¹(), Zheng-chao ZHOU²(), Xue-meng SU³

^1.School of Life Sciences，Yan’an University，Yan’an 716000，China
^2.School of Geographical Sciences and Tourism，Shaanxi Normal University，Xi’an 710119，China
^3.College of Humanities，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723001，China

Received:2025-06-16 Revised:2025-09-18 Online:2026-07-20 Published:2026-05-21
Contact: Zheng-chao ZHOU

摘要/Abstract

摘要：

植物根系对土壤胶体表面电化学性质有显著影响。为量化植物根系与土壤胶体表面电化学性质的响应关系，本试验以黄土高原3个不同采样区（神木、安塞和永寿）的典型草本植物为研究对象，对根系形态参数和土壤胶体表面电化学性质进行了测定和分析。结果表明：研究区不同样地土壤表面电场、表面电势、表面电荷数量、比表面积和表面电荷密度的变化范围分别是1.23×10⁸~28.46×10⁸ V·m^-1、-149.91~-81.33 mV、7.26~24.34 cmol_c·kg^-1、8.32~147.38 m²·g^-1和0.09~2.02 C·m^-2。根系形态参数（根长密度、根表面积密度和根体积密度）与土壤胶体表面电化学性质显著相关（P<0.05，P<0.01），并且0 mm<d≤0.5 mm径级的细根是影响土壤胶体表面电化学性质的关键。根表面积密度与土壤表面电场、表面电势和表面电荷密度指数函数负相关，与土壤比表面积和表面电荷数量指数函数正相关（R²=0.35~0.67，P<0.01）。植物根系对土壤胶体表面电化学性质的影响以间接方式为主，主要通过改变土壤理化性质来实现。此外，由于不同采样区植物根系的生长以及与土壤互馈机制的差异，植物根系在神木地区对土壤胶体表面电化学性质的影响最为显著，其次是安塞和永寿地区。该研究有助于进一步认识植物根系对土壤胶体表面电化学性质的影响，为土壤功能和退化生态系统的恢复提供基础科学依据。

关键词: 植物根系, 土壤胶体, 表面电化学性质, 黄土高原

Abstract:

Plant roots have a significant effect on the electrochemical properties of the surface of soil colloids. To quantify the response relationship between plant roots and the electrochemical properties of the soil colloid surface， we analyzed and compared soil colloids and roots of typical herbaceous plants from three different sampling areas on the Loess Plateau （Shenmu， Ansai， and Yongshou）. The root morphological parameters and electrochemical properties of soil colloids’ surface were measured and analyzed. The soil surface electric field， surface potential， surface charge quantity， specific surface area， and surface charge density in different sampling sites in study areas ranged from 1.23×10⁸ to 28.46×10⁸ V·m^-1， from -149.91 to -81.33 mV， from 7.26 to 24.34 cmol_c·kg^-1， from 8.32 to 147.38 m2·g^-1， and from 0.09 to 2.02 C·m^-2， respectively. Root morphological parameters （root length density， root surface area density， and root volume density） were significantly correlated with the electrochemical properties of the soil colloid surface （P<0.05， P<0.01）. Fine root （0 mm<diameter≤0.5 mm） was the key factor affecting the electrochemical properties of the soil colloid surface. The root surface area density had exponential negative relationships with soil surface electric field， surface potential， and surface charge density， and exponential positive correlations with soil specific surface area and surface charge quantity （R2=0.35-0.67， P<0.01）. The influence of plant roots on electrochemical properties of the soil colloid surface was mainly indirect， primarily through changes in soil physicochemical properties. Moreover， because of differences in plant root growth and the feedback mechanisms between roots and soil in different sampling areas， the impact of plant roots on electrochemical properties of the soil colloid surface was most significant in Shenmu， followed by Ansai and Yongshou. The findings of this study clarify the impact of root systems on the electrochemical properties of the soil colloid surface and provide a scientific basis for the restoration of soil functions and degraded ecosystems.

Key words: plant roots, soil colloid, surface electrochemical properties, Loess Plateau

刘均阳, 周正朝, 苏雪萌. 黄土高原典型草本植物根系对土壤胶体表面电化学性质的影响[J]. 草业学报, 2026, 35(7): 80-91.

Jun-yang LIU, Zheng-chao ZHOU, Xue-meng SU. Effects of typical herbaceous plant roots on electrochemical properties of the soil colloid surface on the Loess Plateau[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2026, 35(7): 80-91.

图/表 10

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编号 Code	地理位置 Geographical location	海拔 Elevation （m）	坡向 Aspect （°）	坡度 Gradient （°）
SM_TG	38.79° N，110.37° E	1221.60	305	13
	38.79° N，110.37° E	1224.12	320	15
	38.79° N，110.37° E	1218.77	289	15
SM_CM	38.79° N，110.37° E	1228.15	286	15
	38.79° N，110.37° E	1209.74	264	13
	38.79° N，110.37° E	1205.14	271	16
SM_DZ	38.80° N，110.36° E	1131.42	334	16
	38.80° N，110.36° E	1107.19	319	18
	38.80° N，110.36° E	1107.19	303	15
AS_TG	36.80° N，109.28° E	1262.66	23	18
	36.79° N，109.28° E	1234.61	271	16
	36.79° N，109.28° E	1228.53	330	15
AS_CM	36.80° N，109.28° E	1281.48	309	13
	36.80° N，109.28° E	1257.69	278	15
	36.80° N，109.28° E	1249.07	330	14
AS_DZ	36.80° N，109.28° E	1251.15	49	15
	36.80° N，109.28° E	1231.23	310	14
	36.80° N，109.28° E	1240.34	301	17
YS_TG	34.84° N，108.13° E	1278.85	286	15
	34.84° N，108.13° E	1283.51	313	18
	34.84° N，108.13° E	1225.16	270	15
YS_CM	34.84° N，108.13° E	1238.85	330	13
	34.84° N，108.13° E	1253.51	310	15
	34.84° N，108.13° E	1243.45	295	15
YS_DZ	34.84° N，108.13° E	1210.21	263	14
	34.84° N，108.13° E	1252.76	361	17
	34.84° N，108.13° E	1243.28	254	16

编号 Code	地理位置 Geographical location	海拔 Elevation （m）	坡向 Aspect （°）	坡度 Gradient （°）
SM_TG	38.79° N，110.37° E	1221.60	305	13
	38.79° N，110.37° E	1224.12	320	15
	38.79° N，110.37° E	1218.77	289	15
SM_CM	38.79° N，110.37° E	1228.15	286	15
	38.79° N，110.37° E	1209.74	264	13
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	34.84° N，108.13° E	1243.28	254	16

编码Code	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	pH	黏粒 Clay （%）	粉粒 Silt （%）	砂粒 Sand （%）	氧化铝 Al₂O₃ （%）	氧化钙 CaO （%）	氧化铁 Fe₂O₃ （%）
SM_TG	7.02±4.10ABb	7.85±0.14Bab	9.24±0.73ABb	53.61±3.12ABb	37.15±3.85ABa	11.09±0.41Ab	6.45±0.32Aa	3.98±0.18Ab
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SM_DZ	1.90±0.37Bb	8.07±0.05Aa	5.90±1.08Bb	42.68±6.06Bc	51.42±7.05Aa	10.52±0.09Bc	4.88±0.48Bc	3.45±0.18Bc
AS_TG	6.20±2.03Ab	7.95±0.23Aa	8.42±1.11Ab	56.12±1.88Ab	35.46±2.82Aa	10.88±0.05Ab	8.22±0.69Aa	3.82±0.06Ab
AS_CM	8.12±5.41Ab	7.95±0.15Aa	10.13±3.24Ab	58.50±4.49Ab	31.37±5.56Aa	11.72±0.81Ab	7.42±1.37Aa	4.14±0.34Ab
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YS_TG	53.39±12.34Aa	7.57±0.12Bb	24.32±1.70Aa	68.92±4.12Aa	6.76±1.15Ab	12.57±0.42Aa	6.54±1.63Aa	5.17±0.25Aa
YS_CM	38.88±12.08ABa	7.64±0.10ABb	23.64±4.73Aa	70.14±4.00Aa	6.12±1.21Ab	12.75±0.07Aa	6.35±0.69Aab	5.17±0.04Aa
YS_DZ	27.07±2.01Ba	7.81±0.02Ab	21.35±2.99Aa	72.27±1.27Aa	6.17±2.01Ac	12.83±0.02Aa	6.30±0.10Ab	5.12±0.02Aa

编码Code	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	pH	黏粒 Clay （%）	粉粒 Silt （%）	砂粒 Sand （%）	氧化铝 Al₂O₃ （%）	氧化钙 CaO （%）	氧化铁 Fe₂O₃ （%）
SM_TG	7.02±4.10ABb	7.85±0.14Bab	9.24±0.73ABb	53.61±3.12ABb	37.15±3.85ABa	11.09±0.41Ab	6.45±0.32Aa	3.98±0.18Ab
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YS_DZ	27.07±2.01Ba	7.81±0.02Ab	21.35±2.99Aa	72.27±1.27Aa	6.17±2.01Ac	12.83±0.02Aa	6.30±0.10Ab	5.12±0.02Aa

指标 Index	根系径级 Root diameter grade	表面电场 Surface electric field	表面电势 Surface potential	表面电荷数量 Surface charge number	比表面积 Specific surface area	表面电荷密度 Surface charge density
根长密度 Root length density	全部根系Total roots	-0.407*	-0.450*	0.564**	0.393*	-0.407*
	0 mm<d≤0.5 mm	-0.385*	-0.424*	0.520**	0.393*	-0.385*
	0.5 mm<d≤2 mm	-0.308	-0.351	0.519**	0.152	-0.308
	0 mm<d≤2 mm	-0.406*	-0.503*	0.562**	0.394*	-0.406*
	d>2 mm	-0.268	-0.342	0.511**	0.133	-0.268
根表面积密度 Root surface area density	全部根系Total roots	-0.423*	-0.448*	0.601**	0.314	-0.423*
	0 mm<d≤0.5 mm	-0.409*	-0.453*	0.509**	0.382*	-0.409*
	0.5 mm<d≤2 mm	-0.269	-0.275	0.461*	0.106	-0.269
	0 mm<d≤2 mm	-0.425*	-0.479*	0.596**	0.320	-0.425*
	d>2 mm	-0.266	-0.345	0.516**	0.143	-0.267
根体积密度 Root volume density	全部根系Total roots	-0.345	-0.385*	0.551**	0.199	-0.345
	0 mm<d≤0.5 mm	-0.358	-0.365	0.388*	0.273	-0.358
	0.5 mm<d≤2 mm	-0.288	-0.321	0.487**	0.147	-0.288
	0 mm<d≤2 mm	-0.354	-0.385*	0.543**	0.204	-0.354
	d>2 mm	-0.265	-0.337	0.517**	0.153	-0.265

黄土高原典型草本植物根系对土壤胶体表面电化学性质的影响

Effects of typical herbaceous plant roots on electrochemical properties of the soil colloid surface on the Loess Plateau

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Metrics

指标 Index	有机质 Organic matter	pH	黏粒 Clay	粉粒 Silt	砂粒 Sand	氧化铝 Al₂O₃	氧化钙 CaO	氧化铁 Fe₂O₃
根长密度Root length density	0.646**	-0.691**	0.424*	0.304	-0.384*	0.434*	-0.241	0.441*
根表面积密度Root surface area density	0.601**	-0.610**	0.287	0.261	-0.294	0.341	-0.139	0.361
根体积密度Root volume density	0.488**	-0.406*	0.118	0.230	-0.197	0.161	0.047	0.261
表面电场Surface electric field	-0.489**	0.544**	-0.556**	-0.527**	0.587**	-0.598**	-0.251	-0.626**
表面电势Surface potential	-0.760**	0.665**	-0.800**	-0.647**	0.780**	-0.800**	-0.086	-0.847**
表面电荷数量Surface charge number	0.786**	-0.666**	0.594**	0.659**	-0.693**	0.629**	0.119	0.728**
比表面积Specific surface area	0.658**	-0.587**	0.711**	0.464*	-0.629**	0.654**	-0.083	0.715**
表面电荷密度Surface charge density	-0.489**	0.544**	-0.555**	-0.528**	0.587**	-0.598**	-0.252	-0.626**

变异源 Mutation source	偏Eta平方 Partial Eta square	误差自由度 Error degree of freedom	假设自由度 Suppose degrees of freedom	F	P
采样地（土壤类型） Sampling site （soil type）	0.770	16.00	10.00	5.368	0.002
植被类型Vegetation type	0.301	8.00	5.00	0.689	0.646
采样地×植被类型Sampling site×vegetation type	0.423	16.00	10.00	1.171	0.375
总变异Total variation	1.494	40.00	25.00

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